“仿真”不阿-浅析EMC仿真-电子发烧友网

EMC&EMC仿真

EMC（电磁兼容）是指电子、电气设备或系统在预期的电磁环境中，按设计要求正常工作的能力，包含EMI（电磁干扰）和EMS（电磁抗扰度）。

EMI(电磁干扰) ：处在一定环境中的设备或系统，在正常运行时，不应产生超过相应标准所要求的电磁能量；

EMS（电磁抗扰度）：处在一定环境中的设备或系统，在正常运行时，设备或系统能承受相应标准规定范围内的电磁能量干扰

图1 EMC测试项简要分类

EMC问题的本质是SI（信号完整性）、PI（电源完整性）问题的延续，SI、PI和EMC是相互影响的，互相制约的，EMC问题是信号回路和电源回路泄露的能量导致的。

图2 EMC与SIPI的关系

EMC（电磁兼容）仿真是基于软件分析的一种电磁兼容正向设计方法。从功能上分为电源完整性仿真、信号完整性仿真、EMI和EMS仿真。从形式上分为电路模块级、PCB级别和系统级的仿真。

EMC设计的挑战与仿真的优势

EMC设计的挑战

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高密小型化不断推进

器件间的间距不断缩小，相互之间的干扰越来越明显
走线密度快到了物理极限，信号间的噪声干扰，仅凭经验无法解决

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信号速率越来越大

噪声带宽也越来越宽，但屏蔽手段的带宽没有明显变化
各种寄生杂散效应越来越明显，已经不能忽略

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功率器件的功率和开关频率越来越大

低频高功率噪声很难完全屏蔽或滤除
由功率器件泄露的电磁噪声已经无处不在

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EMC标准要求越来越严格

车载EMC标准明显严于通信EMC标准

随着汽车电子的发展，特别是新能源互联网汽车的兴起，整车的EMC环境越来越恶劣，另一方面迫于成本的压力，意味着在EMC方面的成本缩减，如：减少屏蔽线和金属材料的使用，控制PCB面积和层数，提高芯片的集成度。

伴随着国家和整车厂的EMC标准日益严苛，传统的EMC设计面临诸多挑战，急需一种正向设计的方法来解决日益突出的EMC问题。区别于传统EMC设计，EMC仿真作为正向设计方法逐渐受到业内青睐，它具有以下几个优势：

早期识别EMC风险点；
快速对比电磁干扰的变化，操作便利，可重复性高；
助力各种防护设计的评估计算，便捷建立干扰基线和敏感度规范；
可视化不同EMC设计的差异，将无形转变成有形；
区别与传统EMC定位是在EMC认证之后打补丁，解决问题方法单一，时间周期长，EMC仿真具备缩短开发周期，降低研发成本，控制设计风险的优点。

EMC主流仿真软件

目前主流的EMC仿真软件有ANSYS系列和CST系列

图3 ANSYS与CST电磁仿真系列对比

ANSYS系列

图4 基于ANSYS的电磁仿真板块介绍

CST系列

图5 基于CST的电磁仿真板块介绍

EMC仿真思路&解决方案

基于项目开发的各阶段，EMC仿真扮演着至关重要的角色，原理图阶段指导滤波器件选型，layout阶段开展器件布局、走线方式、过孔设计等模块级、板级甚至系统级的场路协同仿真，测试阶段提供整改思路与解决方案。

图6 样品开发各阶段EMC仿真扮演的角色

产品通常集成多种高频IC器件，容易对外形成电磁干扰及被干扰的场景，关键PCB设计因素包括电源滤波，叠层，布局等会影响PCB整体的EMC性能，例如数模混合干扰，电源供电异常，对外辐射超标及辐射受扰等现象。基于电磁仿真软件，结合场路协同实现整板建模，定义噪声源信息或导入实测数据，分析EMI和EMS的传播路径，进行全波场路协同分析，通过谐振、S参数耦合度、滤波优化、串扰、辐射、回流路径等功能发现PCB设计缺陷，从而及时采取优化措施。同时，结合外壳与线束进行双向协同建模仿真，模拟测试环境，指导设计与整改。